Flavor & Fragrance 文献综述：天然香精提取，生产和研究领域的进展

消费者关注的健康和安全已驱动了许多全球的发展趋势。这些趋势包括了从运动休闲装和可穿戴装备，到即食的功能食品，香精和饮料。根据市场研究&咨询公司Grand View Research的报告，这些趋势没有看到任何缓滞不前的迹象。在2015年，美国香精香料市值已达186亿美元，至2025年其复合年均增长率(CAGR)为4.5%——主要归因于健康和安全相关的应用需要。

U.S. flavors and fragrances market revenue by product, 2014-2025 (USD Million)

2014-2025年美国食用和日化香精的产品市值预测（百万美元）[1]

具体而言，食品和饮料行业的增长主要来自于人们对即食快餐，加工食品，零食，果汁和其它饮料的需求。另外，制药，膳食补充剂和营养品市场也在上升。对于所有这些产品，人们的普遍偏好是天然香精作为配料。

在日用香精方面，人们逐渐增长的可支配收入预计会催生对应用在化妆品，个人护理品，香水，肥皂和洗涤剂中的香精需求。意料之中的是，天然日用香精也会被格外受到青睐，因为它被认为会更加安全，健康和富有疗效。

香料香精行业如何应对这些需求导向的驱动？简单回顾一下文献，可以给我们一些启示和解决途径，比如天然香精的提取，生产和修饰过程；鉴伪技术，甚至生物识别效能研究。以下是具体的例子。

海水溶剂

回到基础研究，kara等人探讨了海水作为提取溶剂对含油玫瑰提取精油的影响，并与蒸馏水进行了对比。他们的研究发表在国际次生代谢产物杂志(International Journal Secondary Metabolite)上。[2]

他们利用Clevenger水蒸气蒸馏装置比较了纯水和地中海海水对清晨盛开的新鲜玫瑰花进行了蒸馏后的香气成分。所得到的精油的成分经由GC-FID/MS进行了鉴定。

水蒸气蒸馏的clevenger装置

精油得率没有受到显著影响，但是，利用海水蒸馏的得率(0.045%)稍高于纯水的(0.042%)。总共利用GC-FID/MS检测出了23种成分。在两种玫瑰油中的主要成分是香茅醇(citronellol)，香叶醇(geraniol)，橙花醇(nerol)和十九烷(nonadecane)。有趣的是，海水提取的油中香茅醇的比例从41.49%下降到33.56%，香叶醇则从17.58%上升到27.44%，橙花醇则从6.45%上升到12.21%。作者说明这些结果需要进行更为细致地检测，并且在工业生产的水平上还要进一步检测。

超临界CO2生物催化

在二氧化碳利用杂志(Journal of CO2 Utilization)发表的一篇文章描述了利用超临界二氧化碳(SC-CO2)作为反应介质进行生物催化的过程，以提高反应转化率。根据文章内容，由于对新鲜和天然产品需求的增长，生产天然香精的一些新的制备方法受到很高的关注。[3]

在超临界CO2介质中吸附-反应的全路线图以及水吸附和酶活回收工作图

在这篇文章中，SC-CO2被用作以脂肪酶作为催化剂生物合成酯类香精的反应介质。文章显示了一些操作优点，例如调节包括密度，粘度和溶解度等性质的能力，调控凌杰调节等。是否使用夹带剂(co-solvents)，催化剂的再利用，脂肪酶的性质(游离或固定化)，加压或去压等步骤，需要进行进一步验证以优化酶，底物和溶剂之间的比例。

松露油的鉴伪

Food Control上的一篇文章想弄清楚这样一件事，即售价很高的松露风味的橄榄油里是否几乎不含有真的松露或天然松露的风味物质。因此，该篇论文的目的是为了鉴定松露油，并开发相关的鉴伪技术。[4]

根据文章的摘要，研究者通过代谢分析和稳定同位素比分析鉴定和比较了市售松露油和他们自己制备的松露油(既用了天然香精，也用了合成香精)，不含松露风味的油，以及白松露子实体的挥发性风味物质。

2,4-二甲硫基甲烷(2,4-dithiapentane)是从诸多的松露油中发现的一种特色风味物质，对它的稳定同位素比分析，尚不能区分天然或合成的松露风味成分。另一方面，代谢分析表明被印记到油里去的松露风味物质主要是4到6种含硫挥发性物质。结果，两种硫化物，二甲基亚砜(dimethy sulfoxide)和二甲基砜(dimethyl sulfone)只在市售松露油中检测到，不管其标签上说的是加有合成或天然松露香精。总的来说，这些结果表明了产品标签上的不一致性，对油的真实性提出了一些质疑。

松露风味和非松露风味油的挥发性成分相对浓度的热图。浓度为3次重复的平均值。热图中可以看出样品挥发性成分的相似度和差别。例如，松露风味油(市售和自制)与非松露风味油在具体的硫化物挥发性成分上的差别很大。

微生物制备天然食用或日化香精

在分子(Molecules)上的一篇文章介绍了利用非传统的酵母品种(non-conventional yeast, NCY)来制备风味物质的方法。这一应用已总所周知，并催生了以食品源的NCYs作为生物催化剂来制备天然香精的一系列研究探索。[5]

例如，在本研究中，作者分别从当地的山羊奶酪和瑞士成熟奶酪中分别分离，鉴定和评价了喜仙人掌毕赤氏酵母7.20(Pichia cactophila)和乳酸克鲁维酵母(Klyuveromyces lactis)6.10NCY菌株的产香性能。它们的风味分析是通过溶剂萃取结合GC-MS来完成的，然后这些菌株被接种到以支链或芳香族氨基酸为唯一氮源的培养基上，来测试它们产氨基酸来源的风味物质的能力。结果表明两个菌株在产2-苯乙醇(大约3g/L)和异戊醇(大约1.5g/L)方面都具有卓越的性能。

由两株NCY分离菌——P.cactophila7.20和K.lactis 6.10产生的风味物质的分析图。培养基中的风味物质首先采用二氯甲烷萃取，再通过GC-MS分析。图中的数值为百分比，代表该物质在总物质中的相对丰度。空白柱：K.lactis；灰色柱：P.cactophila 7.20.每个样品分析两次取平均值。

与之相近的一篇发表在生物化学过程(Process Biochemistry)期刊上的论文，主要考察了硬皮豆豆芽自然发酵或受乳酸杆菌(Lactobacillus plantarum)NRRL B-4496和乳酸杆菌(Lactobacillus plantarum)NCDO 1193调控发酵生物转化的挥发性风味物质。当豆芽发酵1,2,3,4和5天，作者利用顶空固相微萃取结合GC-MS一共鉴定出了36种风味物质，包括酸，醇，醛，酯，酮和含硫风味物质。[6]

利用乳酸菌调控豆芽发酵产生的挥发性风味物质例如乙酸，丁香酚，苯甲醇，乙偶姻，2,3-丁二醇和棕榈酸乙酯，经感官评价发现这些物质对发酵样品的感官特征具有主要贡献。值得一提的是，这是首次在发酵的硬皮豆豆芽中检测到丁香酚，为生产这种风味物质提供了一种生物解决方案。作者在结论中提到，硬皮豆豆芽的发酵提高了其挥发性成分的种类，这与提高具有附加功能的香精和从短链脂肪酸带来的健康益处直接相关，也为融合潜在的益生效应直接相关。

[A].硬皮豆干种子(R)，浸泡种子(S)，发芽种子(G)，[B].由Lb.planatrum NRRL B4496发酵5天的硬皮豆豆芽，[C].由Lb.planatrum NCDO 1193发酵5天的硬皮豆豆芽，[D].自然发酵5天的硬皮豆豆芽的PCA主成分分析图。D1,D2,D3,D4和D5表示每组样品的发酵时间分别为1,2,3,4,5天。所有实验结果均为3次重复的平均值。

神经科学和天然精油

最后，神经科学借助其自身证明了天然芳香物质和其他活性成分可以为健康和抗焦虑功效提供一定的证据，与消费者追求健康的动机不谋而合。例如，在最新一期的生理学和行为(Physiology & Behavior)中，作者测试了来自于杜松(Juniperus virginiana L.(东部红雪松精油，或CWO))的精油对于小鼠焦虑行为的影响。[7]

这里，CWO的主要活性成分得以鉴定，其抗焦虑效应得以测定。GC/MS显示其成分主要包括：(-)-β-雪松烯(28.11%)，(+)-α-雪松烯(7.81%)，(-)-罗汉柏烯(17.71%)和(+)-雪松醇(24.58%)。400-800ppm的CWO可以增强小鼠的一些行为，这说明在某些情况下，可能具有抗焦虑效应。

有趣的是，在两个测试中，雪松醇的含量在400-1600ppm和800-1600ppm下均具有显著的抗焦虑效应。作为对照，雪松烯实际上诱导了焦虑相关的行为。在其它实验中，作者总结出CWO和雪松醇可能通过5羟色胺能神经通路(5-HTnergic)与多巴胺能神经通路(DAnergic)产生抗焦虑的效果。

Refrences

1. Grand View Research,Flavors and fragrances market analysis by product (natural,aroma),by application (flavors,fragrances),by region (North America, Europe, APAC, MEA, Central and South America),and segment forecasts,2014-2025,available at grandviewresearch.com/industry-analysis/flavors-fragrances-market (Accessed Feb 19,2018)

2. Kara,N.,Erbas,S.,Baydar,H.(2017).The effect of seawater used for hydrodistillation on essential oil yield and composition of oil-bearing rose (Rosa damascena mill.),Intl J Secondary Metabolite 4 (3-2)

3. Baiao Dias AL et al.(2018).Supercritical CO2 technology applied to the production of flavor ester compounds through lipase-catalyzed reaction: A review,J CO2 Utilization,23:159-178.

4. Wernig et al.(2018).Composition and authentication of commercial and home-made white truffle-flavored oils.Food Control,87:9-16.

5. Celinska E.,et al.(2018).Pichia cactophila and Kluyveromyces lactis are highly efficient microbial cell factories of natural amino acid-derived aroma compounds. Molecules,23(1):97.

6. Goswami,R.P.,et al.(2018).Lactobacillus plantarum and natural fermentation-mediated biotransformation of flavor and aromatic compounds in horse gram sprouts,Process Biochemistry,66:7-18.

7. Zhang K.,and Yao,L.(2018).The anxiolytic effect of Juniperus virginiana L.essential oil and determination of its active constituents,Physiology & Behavior (Jan 8,2018)https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2018.01.004.